汽車車身知識介紹課件

1、汽車車身知識介紹 參與的小組成員有： 白戰(zhàn)兵、 李軍超、 羅奎、 張中開、 徐濤、 魯磊、 董松鋒、 童治武、萬鋒、王川、張孟孟、黃傳奇、秦基偉。組長：白戰(zhàn)兵、李軍超汽車車身知識介紹 參與的小組成員有： 白戰(zhàn)兵、 李汽車車身及材料的發(fā)展史汽車從誕生之日起一直處于加工、制造業(yè)中比較前沿的領(lǐng)域，很多新技術(shù)、新材料首先應(yīng)用于汽車工業(yè)。很多汽車愛好者對各種新型發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、電子控制技術(shù)和懸掛技術(shù)如數(shù)家珍，但對車身技術(shù)了解相對較少。車身是汽車構(gòu)成中的最重要部件，作為承載汽車上的所有組件的結(jié)構(gòu)件而存在，做個(gè)簡單的比方，車身就如同人的骨骼，而發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、轉(zhuǎn)向機(jī)、車橋、懸掛如同臟器、肌腱一般附著在骨骼上。如

2、今的人們對汽車的安全性要求甚高，而這與車身材料息息相關(guān)，但目前很多人都對車身材料不了解，甚至存在誤區(qū)，這里我將與各位簡單探討一下當(dāng)今車身材料的現(xiàn)狀與發(fā)展。汽車車身及材料的發(fā)展史汽車從誕生之日起一直處于加工、制造業(yè)中最早的車身設(shè)計(jì)源自于廂式馬車最早的車身設(shè)計(jì)源自于廂式馬車汽車車身知識介紹課件汽車誕生之初，車身結(jié)構(gòu)是在馬車的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，主要分為底盤和車廂兩部分，也就是今天所說的非承載式車身。這種車身結(jié)構(gòu)簡單，承載能力好，如今依然廣泛應(yīng)用于載重汽車。但是非承載式車身的扭轉(zhuǎn)剛度差、自重大、重心高等缺點(diǎn)限制了其在轎車領(lǐng)域的應(yīng)用。因此工程師們開發(fā)出了承載式車身，將底盤與車廂一體化，由此車身成為了一個(gè)

3、有機(jī)的整體。這一重要技術(shù)誕生改變了如今車身技術(shù)的格局，也推進(jìn)車身材料的快速進(jìn)步。汽車誕生之初，車身結(jié)構(gòu)是在馬車的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，主要分為底鋼制車身鋼一直是制造車身的主要材料，從鐵器時(shí)代開始，人類應(yīng)用鐵這種黑色金屬已經(jīng)有近3000年的歷史了，可以說鐵是人類最熟悉的金屬材料。直到工業(yè)革命，隨著冶金技術(shù)的進(jìn)步，鐵合金中碳含量較低的一類：“鋼”開始大量應(yīng)用。由于碳含量低，鋼要比鐵具有更好的韌性，不容易折斷且易于加工。早期的汽車使用的正是低碳鋼，鍛造成形的厚鋼板構(gòu)成了底盤大梁，較薄的鋼板沖壓成了車廂。這種制造方法一直延續(xù)到承載式車身誕生。鋼制車身承載式車身結(jié)合了大梁和車廂承載式車身結(jié)合了大梁和車廂承載

4、式車身的制造中主要使用沖壓成型，一種通過擠壓使平整的鋼板在模具中成形的冷加工工藝。由于采用壓力成形法，所以沖壓加工的材料存在一種矛盾 強(qiáng)度高的材料塑性差，不容易成型。而強(qiáng)度低的材料容易成形，但成形后的零件強(qiáng)度偏低。此外，上世紀(jì)90年代受到碳排放政策限制，汽車輕量化備受重視，在這方面新材料汽車優(yōu)勢明顯。面對競爭壓力，鋼鐵企業(yè)開始了超輕鋼制汽車車身UISAB(Ultra Light Steel Auto Body)項(xiàng)目，旨在開發(fā)出一種重量輕、易于加工又具備高強(qiáng)度的鋼材。承載式車身的制造中主要使用沖壓成型，一種通過擠壓使平整的新型車用結(jié)構(gòu)鋼鋼鐵企企業(yè)的研究思路是通過多晶相復(fù)合兼顧強(qiáng)度和延展性。鋼材中

5、一般存在不同的晶相，這些晶相是金屬晶體冶煉成形時(shí)產(chǎn)生的。這里介紹兩種晶體類型，馬氏體和鐵素體。其中馬氏體堅(jiān)硬，一般高溫冶煉后淬火時(shí)由奧氏體轉(zhuǎn)化而成、而鐵素體則比較柔軟。新型車用結(jié)構(gòu)鋼車身就脫胎于這些鋼卷車身就脫胎于這些鋼卷新型結(jié)構(gòu)鋼能夠同時(shí)具備馬氏體與鐵素體兩種晶相，這種鋼名為DP(雙相)鋼。這種鋼的晶相結(jié)構(gòu)是在鐵素體基體上存在眾多馬氏體小島，沖壓加工時(shí)鐵素體具有良好的延展性而馬氏體則保證了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，另外鐵素體在沖壓中發(fā)生滑動(dòng)，晶體間相互交結(jié)，形成加工硬化，使沖壓成型后的零件強(qiáng)度更高。因此DP鋼已經(jīng)成為制造車身結(jié)構(gòu)件的主要材料，一般1.2mm厚度的DP鋼就已經(jīng)可以達(dá)到主要結(jié)構(gòu)件所需的強(qiáng)度。新型

6、結(jié)構(gòu)鋼能夠同時(shí)具備馬氏體與鐵素體兩種晶相，這種鋼名為D鑲嵌馬氏體小島的晶體結(jié)構(gòu)鑲嵌馬氏體小島的晶體結(jié)構(gòu)除了DP鋼之外用于汽車的新型鋼材還有IF鋼、TRIP鋼等等，這些鋼材都是屬于能夠減薄使用的高強(qiáng)度鋼。說到這里就涉及到人們思想中存在已久的一個(gè)誤區(qū)，既鋼板越厚越堅(jiān)固。其實(shí)就現(xiàn)在的發(fā)展趨勢而言，車身上的鋼板在不斷減薄，而車身強(qiáng)度卻提高了。最直觀的例子是：20年前的車身普遍使用2mm以上厚度的鋼板，但是在碰撞測試中很多車得分很低。而今天的車身用鋼板厚度在1.2mm，碰撞試驗(yàn)中五星得分卻比比皆是。除了DP鋼之外用于汽車的新型鋼材還有IF鋼、TRIP鋼等等不過即便是這種高強(qiáng)度鋼也只用在車身結(jié)構(gòu)部件上，例

7、如：縱梁、橫梁、A、B、C柱等部位，而不受力的蒙皮依然采用普通軟鋼，這有利于加工成復(fù)雜的外部形狀且柔軟的表面在與行人發(fā)生碰撞時(shí)能夠盡量保護(hù)行人。車身上采用軟鋼的部位如：引擎蓋面板、翼子板、車門板、車頂板等。所以那些用手按來直觀感受車身強(qiáng)度的朋友還是不要按蒙皮了，真想按的話就打開發(fā)動(dòng)機(jī)蓋按按減震塔、引擎蓋背面的框架或者后備箱里兩個(gè)后減震塔間的橫梁吧，它們絕對夠硬。不過即便是這種高強(qiáng)度鋼也只用在車身結(jié)構(gòu)部件上，例如：縱梁、橫廠家會(huì)標(biāo)注使用不同強(qiáng)度鋼材的車身廠家會(huì)標(biāo)注使用不同強(qiáng)度鋼材的車身 說到車身強(qiáng)度，現(xiàn)在很多廠家都會(huì)公布自己車身各部分所使用鋼材抗拉強(qiáng)度，單位是MPa(兆帕)，其意義是在單位面積上

8、所能承受的拉力。數(shù)值越大強(qiáng)度越高。 如：500MPa相當(dāng)用于每平方毫米的面積上可以承受50公斤的拉力。這些強(qiáng)度數(shù)據(jù)可以在選擇車輛時(shí)當(dāng)作一個(gè)參考，不過很多廠家有時(shí)只給出最高強(qiáng)度鋼種的極限值，而這種最高強(qiáng)度的鋼材往往僅用在很小的一部分加強(qiáng)結(jié)構(gòu)上，并不能直觀的展現(xiàn)車身整體強(qiáng)度。 說到車身強(qiáng)度，現(xiàn)在很多廠家都會(huì)公布自己車身各部分所使用鋼材的防腐蝕鋼鐵材料具有優(yōu)秀的強(qiáng)度、剛度、硬度以及可加工性，稱得上是非常優(yōu)秀的材料，但是任何材料都有缺點(diǎn)，鋼材的最大軟肋就是耐腐蝕性差。鐵的氧化和其中碳的含量關(guān)系很大，碳會(huì)使鐵合金內(nèi)部形成原電池反應(yīng)，使鐵失去電子而氧化。氧化鐵又是一種比較疏松的物質(zhì)，并不像氧化鋁等金屬氧化

9、物那樣形成致密氧化層，可以保護(hù)內(nèi)部的金屬元素不再繼續(xù)被腐蝕。且開始生銹的鐵會(huì)吸附更多水氣加快腐蝕進(jìn)程，氧化損失對于結(jié)構(gòu)部件來說是致命的，特別是如今采用超薄鋼板制造的車身，本就輕薄的本體上些許的損失也會(huì)明顯的影響到整體強(qiáng)度。因此對于輕量化鋼制車身來說，耐腐蝕性也是一項(xiàng)十分重要的指標(biāo)。鋼材的防腐蝕鋼鐵材料具有優(yōu)秀的強(qiáng)度、剛度、硬度以及可加工性，低合金耐候鋼：Cor-Ten鋼低合金耐候鋼：Cor-Ten鋼目前的車用鋼材已經(jīng)考慮到這個(gè)問題，且它本身的防腐蝕原理也并不新鮮，在上世紀(jì)初就已經(jīng)有應(yīng)用實(shí)例。上世紀(jì)工業(yè)革命時(shí)期鋼鐵工業(yè)突飛猛進(jìn)，鋼制懸索橋如雨后春筍般出現(xiàn)，而在這些鋼制橋梁在設(shè)計(jì)的時(shí)候必須面對潮濕

10、且含鹽量高的海風(fēng)侵襲，因此低合金耐候鋼(cor-ten 考登鋼)應(yīng)運(yùn)而生。不銹鋼由于含有占總合金含量20%以上的鎳與鉻所以能夠在金屬表面形成致密的氧化膜保護(hù)金屬本體，但是鎳與鉻都是稀有元素，導(dǎo)致不銹鋼的制造成本居高不下。目前的車用鋼材已經(jīng)考慮到這個(gè)問題，且它本身的防腐蝕原理也并因此合金含量低且具有耐大氣腐蝕特性的Cor-Ten鋼以其相對低廉的價(jià)格得到廣泛應(yīng)用，通過在鋼中添入微量的銅、磷、鉻、鎳等合金元素，可使鋼在氧化過程中形成較為致密的氧化層，這種銹層形成了對內(nèi)部金屬材料的保護(hù)，避免其繼續(xù)被外界空氣腐蝕。Cor-Ten鋼目前在汽車制造領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，不過值得一提的是這種鋼材銹蝕的初始階段與普通鋼

11、相同，會(huì)生黃銹，隨后顏色逐漸變暗，最后變成巧克力色，至此材料的腐蝕速度幾乎為零。這個(gè)形成穩(wěn)定保護(hù)性銹層的過程十分漫長，一般是三年。而且難看的銹層也會(huì)影響車輛的美觀使外部油漆剝落，所以目前的車用鋼板外還要經(jīng)過鍍鋅處理，鍍鋅之后的鋼板又多了一層保護(hù)，且表面更光潔，利于油漆附著。因此合金含量低且具有耐大氣腐蝕特性的Cor-Ten鋼以其相對新型底盤現(xiàn)在廠商對于自己產(chǎn)品的防腐蝕能力都十分有信心，通過觀察很多車型的底盤我發(fā)現(xiàn)，如今的底盤已經(jīng)不像過去的車那樣需要噴涂厚厚的黑色涂料了，很多車都是一層底漆直接暴露在外，好一些的會(huì)在外面增加一層導(dǎo)流用的塑料護(hù)板。所以我也不建議新車去做底盤封塑，首先封塑的原料來路不

12、明，存在破壞原有底漆的風(fēng)險(xiǎn)，封塑層剝落時(shí)可能會(huì)粘連原廠底漆。另外，不良的施工工藝可能將原有車輛底盤上設(shè)計(jì)的排水孔堵死，導(dǎo)致雨水無法排除。新型底盤現(xiàn)在廠商對于自己產(chǎn)品的防腐蝕能力都十分有信心，通過新材料車身伴隨技術(shù)進(jìn)步，制造車身的材料已經(jīng)不僅僅是鋼鐵了，越來越多的新材料被應(yīng)用到車身的制作中。其中包括：鋁合金、碳纖維、塑料、高分子復(fù)合材料等等。我也簡單介紹其中的幾種。新材料車身鋁合金材料說到鋁合金這種材料，必然就會(huì)和航空航天技術(shù)聯(lián)系到一起，目前制造飛機(jī)的主要材料依然是鋁合金，即使波音787這種復(fù)合材料占多的新機(jī)型也不能完全擺脫鋁合金。鋁合金優(yōu)異的延展性、只有鋼材一半的密度和良好的耐腐蝕性都成為輕量

13、化結(jié)構(gòu)的首選材料。在很多人的印象中鋁代表的是柔軟易變形，我想這種想法多來自于易拉罐、鋁鍋等日常鋁制品。而實(shí)際航空級鋁合金的機(jī)械性能甚至要超過鋼鐵，以比較常見的7075鋁合金為例，它的抗拉強(qiáng)度是560MPa，不比前面提到鋼材強(qiáng)度低。鋁合金材料說到鋁合金這種材料，必然就會(huì)和航空航天技術(shù)聯(lián)系鋁合金車身大大降低了車身重量鋁合金車身大大降低了車身重量而同樣的重量的鋼和鋁，鋁體積更大，可以在不增加重量的前提下增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。而且目前的鋁制車身多采用厚壁鍛鋁梁焊接而成，就結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度而言要比沖壓薄鋼更有優(yōu)勢，且機(jī)構(gòu)的整體穩(wěn)定性更好，在非設(shè)計(jì)受力方向受力時(shí)有更大的冗余度。此外，鋁合金在大氣環(huán)境下幾乎不被腐蝕，

14、可以無途裝使用，不過處于美觀的考慮，鋁制車身依然會(huì)涂裝上不同顏色的涂料。汽車車身知識介紹課件更高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性鋁制車身的缺點(diǎn)是自身造價(jià)較高，成型和焊接工藝都比較復(fù)雜，且變形后不能通過鈑金修復(fù)，只能更換變形部件，維修成本居高不下。但個(gè)人比較看好鋁制車身，輕量化且高強(qiáng)度的車身比傳統(tǒng)鋼制車身更堅(jiān)固，且不用擔(dān)心腐蝕造成的強(qiáng)度降低。另外鋁制車身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)局更合理，承力結(jié)構(gòu)與非承力結(jié)構(gòu)幾乎獨(dú)立。輕質(zhì)合金車身的前景值得期待。汽車車身知識介紹課件碳纖維材料 隨著航空技術(shù)的發(fā)展，在制造飛機(jī)時(shí)需要一種更輕更堅(jiān)固的材料，這時(shí)金屬材料已經(jīng)無法滿足航空工業(yè)的需求了，而由一種纖維材料取而代之。最早碳纖維在汽

15、車領(lǐng)域主要應(yīng)用在賽車上，直到現(xiàn)在也只有超跑級別的車輛用的上碳纖維。碳纖維是一種纖維絲狀的材料，在制作成型時(shí)需要像織布一樣紡織成片狀，用有機(jī)膠浸潤成形并固化，制作過程類似于玻璃鋼。碳纖維材料碳纖維覆蓋件風(fēng)靡改裝界 可明顯降低車重碳纖維覆蓋件風(fēng)靡改裝界 可明顯降低車重碳纖維具有絕佳的韌性和抗拉強(qiáng)度，且重量只有鋼的1/4。輕量、高強(qiáng)的特性正是高性能車所需的，目前法拉利、蘭博基尼等超跑的車身由碳纖維制成。不過碳纖維缺乏延展性是其缺點(diǎn)，在受到超出極限的沖擊時(shí)碳纖維結(jié)構(gòu)會(huì)如同玻璃一樣破碎。而且碳纖維與其它材料的連接也是個(gè)問題，使用傳統(tǒng)的栓接，連接孔周圍很容易產(chǎn)生裂紋。碳纖維材料的制造成本居高不下也是限制其

16、應(yīng)用的一個(gè)方面，即使是在航空領(lǐng)域碳纖維的應(yīng)用也比較有限。碳纖維具有絕佳的韌性和抗拉強(qiáng)度，且重量只有鋼的1/4。輕量、車身材料的未來發(fā)展除了以上的材料外，塑料、復(fù)合材料、可降解材料也是未來車身材料的發(fā)展方向，塑料良好的可塑性和彈性變形利于加工和降低碰撞損失，目前塑料廣泛用于保險(xiǎn)杠翼子板等易損部件，較低的造價(jià)的也令維修和更換車身材料的未來發(fā)展除了以上的材料外，塑料、復(fù)合材料、可降解材smart車身覆蓋件已經(jīng)采用塑料smart車身覆蓋件已經(jīng)采用塑料近來車身材料的環(huán)境友好性成了發(fā)展的重點(diǎn)。在歐洲，政策要求車身的制造材料回收率要達(dá)到90%以上，鋁合金與塑料的回收率都能達(dá)到95%以上，新型的鋼制車身已經(jīng)克服了原來所面臨的腐蝕損失，回收率達(dá)到90%以上。但是不可否認(rèn)，未來輕金屬、復(fù)合材料等是車身材料的發(fā)展趨勢，目前各國都廣